CN117015284A - 一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法，制备方法包括S1、于基板表面形成致密TiO2薄膜；S2、于致密TiO2薄膜表面形成介孔TiO2薄膜；S3、于介孔TiO2薄膜表面形成PCBM薄膜；S4、于PCBM薄膜表面覆盖第一金属掩膜，并将PbI2薄膜热蒸发沉积于PCBM薄膜表面，形成蒸发PbI2薄膜，于蒸发PbI2薄膜表面形成钙钛矿薄膜；S5、于钙钛矿薄膜表面形成Spiro‑OMeTAD薄膜；S6、于Spiro‑OMeTAD薄膜表面沉积电极。通过本发明，减少了钙钛矿太阳能电池制备过程中钙钛矿薄膜的制备对有机溶剂依赖，简化了钙钛矿太阳能电池的制备过程，并保证了钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
背景技术
钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cells，简称PSCs)是利用钙钛矿型有机金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池，属于第三代太阳能电池，由于其低成本而称为广泛研究的器件材料，且由于钙钛矿材料的半透明性与良好的柔韧性促使PSCs的光电转换效率仅用10年时间从3.8％攀升至25.5％，其效率增长不仅快速且接近硅太阳能电池。除了高光电转换效率外，PSCs同时具有低成本、溶液制程、长载子扩散距离与可调控能隙等优点被视为具有商业化的潜力。
钙钛矿太阳能电池的结构由钙钛矿薄膜、电子传输层、电解质层以及电极层组成；其中，钙钛矿薄膜是钙钛矿太阳能电池的关键部分，由钙钛矿晶体构成，具有具有优异的光电转换性能。目前制备钙钛矿薄膜的制备方法主要工艺方法为溶液法，但是通过溶液法制备钙钛矿薄膜的工艺依赖于大量的有机溶剂，并例如，氯苯(CB)、二甲基甲酰胺(DMF)以及二甲基亚砜(DMSO)等，而有机溶剂对大气、树木等都存在较大的危害，有机溶剂的后处理也是工业化过程中的一个重大难题。因此取代铅离子与开发低危害溶剂制程是钙钛矿太阳能电池的发展重点，并亟需寻求一种减少依赖有机溶剂的钙钛矿薄膜的制备方法。同时，现有技术的钙钛矿太阳能电池存在由于钙钛矿薄膜的纯度不高导致光电转换效率低的问题，以及为了保证钙钛矿薄膜的纯度，需要通过较为繁琐的制备过程实现所存在的步骤繁琐的问题。
有鉴于此，有必要对现有技术中的钙钛矿薄膜的制备方法予以改进，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中钙钛矿薄膜的制备对大量有机溶剂的依赖，由于钙钛矿薄膜的纯度不高导致光电转换效率低的问题，以及钙钛矿薄膜的制备过程繁琐的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括：
S1、于基板表面旋涂致密TiO2前体溶液，退火处理后于基板表面形成致密TiO2薄膜；
S2、于致密TiO2薄膜表面旋涂介孔TiO2前体溶液，退火处理后于致密TiO2薄膜表面形成介孔TiO2薄膜；
S3、于介孔TiO2薄膜表面旋涂ETL前体溶液，以形成PCBM薄膜；
S4、于PCBM薄膜表面覆盖第一金属掩膜，并将PbI2薄膜热蒸发沉积于覆盖有第一金属掩膜的PCBM薄膜表面，以形成蒸发PbI2薄膜，再将钙钛矿前体溶液旋涂于蒸发PbI2薄膜表面，退火处理并烘烤后形成钙钛矿薄膜；
S5、于钙钛矿薄膜表面旋涂HTL前体溶液，以形成Spiro-OMeTAD薄膜；
S6、于Spiro-OMeTAD薄膜表面覆盖第二金属掩膜，并将金属靶材热蒸发沉积于覆盖有第二金属掩膜的Spiro-OMeTAD薄膜表面，以于Spiro-OMeTAD薄膜表面沉积电极。
作为本发明的进一步改进，在步骤S1之前，还包括：
选取一基板，通过超音波清洗技术与紫外线臭氧杀菌技术对基板进行清洗。
作为本发明的进一步改进，所述超音波清洗技术由超音波振动器予以实现，所述紫外线臭氧杀菌技术由紫外线臭氧灯予以实现，并具体为：
将选取的基板置于由丙酮、酒精以及IPA溶液均匀混合形成的混合溶液中，并通过超音波振动器与紫外线臭氧灯对基板进行清洗。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S2中的介孔TiO2前体溶液由多孔TiO2前体溶液、TiO2纳米颗粒以及无水乙醇均匀混合形成，且介孔TiO2前体溶液、多孔TiO2前体溶液、TiO2纳米颗粒以及无水乙醇的重量比为1：4：1：9。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S3中的ETL前体溶液由10-20mg的PCBM溶液与0.2-20ml的氯苯溶剂均匀混合形成，且PCBM溶液质量浓度为1-4wt％。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S4中热蒸发的蒸发速率为1.2-2.0nm/s；
在形成蒸发PbI2薄膜之后，还包括：
对蒸发PbI2薄膜进行冷却，并在90-150℃的温度条件下进行退火处理。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S4中的钙钛矿前体溶液由45-55mg的甲基碘化铵(MAI)与0.5-1.5ml的IPA溶剂均匀混合形成；
于90-150℃的温度条件下退火处理并烘烤后形成钙钛矿薄膜。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S5中的HTL前体溶液由40-50mg的CsPbBr3粉末、0.5-0.9ml的氯苯、11.5-15.5μl的4-叔丁基吡啶以及5.9-50μl的双-(三氟甲磺酰基)-亚胺均匀混合形成。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S6中的热蒸发沉积通过热蒸发设备予以实现，且热蒸发设备的真空度为4.8×10-6Torr，蒸发速率为1.5-2.8nm/s，所述金属靶材选自银、铜、钨、锑、钼。
基于相同发明思想，本申请还揭示了一种钙钛矿太阳能电池，采用如上述任一项所述的制备方法制备得到，包括：
第一电极层，第二电极层，以及依次设置于第一电极层与第二电极层之间的致密TiO2薄膜、介孔TiO2薄膜、PCBM薄膜、钙钛矿薄膜及Spiro-OMeTAD薄膜
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
在制备钙钛矿薄膜时，于PCBM薄膜表面覆盖第一金属掩膜，并将PbI2薄膜热蒸发沉积于覆盖有第一金属掩膜的PCBM薄膜表面，以形成蒸发PbI2薄膜，再将钙钛矿前体溶液旋涂于蒸发PbI2薄膜表面，退火处理并烘烤后形成钙钛矿薄膜，退火处理的温度条件在90-150℃，以保证制备的钙钛矿薄膜致密且平坦，并由此保证钙钛矿晶面在退火处理后变现出很强的X射线衍射强度和四方晶体，且制备过程简便。
附图说明
图1为本发明所示出的一种钙钛矿太阳能电池的制备方法的步骤示意图；
图2为致密TiO2薄膜表面旋涂介孔TiO2前体溶液的结构示意图；
图3为将PbI2薄膜热蒸发沉积于覆盖有第一金属掩膜的PCBM薄膜表面的结构示意图；
图4为一种钙钛矿太阳能电池的制备方法制备于理论情况下得到的钙钛矿太阳能电池的断面图；
图5为一种钙钛矿太阳能电池的制备方法制备于实际情况下得到的钙钛矿太阳能电池的SEM图像；
图6为钙钛矿前体溶液在100℃的温度条件下进行退火处理后得到的钙钛矿薄膜的FE-SEM图像；
图7为FTO基板、TiO2以及PbI2在80℃、100℃、120℃以及140℃的温度条件下进行退火处理的XRD光谱图；
图8为钙钛矿薄膜在80℃、100℃、120℃以及140℃的温度条件下进行退火处理的XRD光谱图。
图9为正向扫描测量钙钛矿薄膜在80℃、100℃、120℃以及140℃的温度条件下进行退火处理制备得到的钙钛矿太阳能电池的J-V特性曲线图；
图10为钙钛矿薄膜在80℃、100℃、120℃以及140℃的温度条件下进行退火处理制备得到的钙钛矿太阳能电池的EQE光谱图。
具体实施方式
下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
请参图1至图10所示，本发明示出了一种钙钛矿太阳能电池的制备方法(以下简称“制备方法”)的一种具体实施方式，该制备方法用于制备钙钛矿太阳能电池，钙钛矿太阳能电池用以通过光电效应或者光化学效果直接将光能转化成电能。
参图1所示，该制备方法包括以下步骤S1至步骤S6。
S1、于基板表面旋涂致密TiO2前体溶液，退火处理后于基板表面形成致密TiO2薄膜。
示例性地，在步骤S1之前，还包括：选取一基板，通过超音波清洗技术与紫外线臭氧杀菌技术对基板进行清洗；其中，超音波清洗技术由超音波振动器予以实现，紫外线臭氧杀菌技术由紫外线臭氧灯予以实现。
具体而言，选取一基板，由丙酮、酒精以及IPA溶液均匀混合形成的混合溶液，将选取的基板置于装有该混合溶液的烧杯中，通过超音波振动器利用超音波的高频声波所产生的振荡并通过紫外线臭氧灯的照射对基板进行清洗，清洗时间约为30分钟。在对基板进行清洗后，采用旋涂法于基板表面旋涂致密TiO2前体溶液，并在450-550℃的大气中进行退火处理，退火处理后于基板表面形成致密TiO2薄膜。
需要说明的是，基板可选自ITO基板或者FTO基板等导电基板，本实施例对此不作具体限定，基板的厚度约为1.1mm。
S2、于致密TiO2薄膜表面旋涂介孔TiO2前体溶液，退火处理后于致密TiO2薄膜表面形成介孔TiO2薄膜。
示例性地，介孔TiO2前体溶液由多孔TiO2前体溶液、TiO2纳米颗粒以及无水乙醇均匀混合形成，且介孔TiO2前体溶液、多孔TiO2前体溶液、TiO2纳米颗粒以及无水乙醇的重量比为1：4：1：9。
具体地，取重量比为4：1：9的多孔TiO2前体溶液、TiO2纳米颗粒以及无水乙醇于室温条件(即，标准大气压下23℃的温度条件)下均匀混合形成介孔TiO2前体溶液，混合时间约为11-13小时。采用旋涂法将30-50μl的介孔TiO2前体溶液以3500rpm的转速旋涂于致密TiO2薄膜表面，旋涂时间约为25分钟，旋涂厚度为200nm，于450-550℃的大气中进行退火处理，退火处理时间约为25-35分钟，退火处理后于致密TiO2薄膜表面形成介孔TiO2薄膜。
需要说明的是，旋涂法是旋转涂抹法的简称，是一种依靠工件旋转时所产生的离心力与重力作用，将落在工件上的涂料液滴全面流布于工件表面的涂覆过程，并以图2所示出的于致密TiO2薄膜表面旋涂介孔TiO2前体溶液为例予以示范性说明，本申请所揭示的旋涂法均可参照图2所示出的结构与方法所示，具体不再阐述。参图2所示，将基板10置于第一工作台1上，第一工作台1可绕其中心轴线A旋转，可沿图2所示出的方向k1旋转，也可沿与方向k1相反的方向(未标识)旋转，基板10表面形成致密TiO2薄膜20。以方向k1为例，在第一工作台1绕中心轴线A沿方向k1绕其中心轴线旋转时，带动置于第一工作台1且表面形成致密TiO2薄膜20的基板10绕中心轴线A沿方向k1旋转，同时位于基板10的竖直方向向致密TiO2薄膜20滴涂介孔TiO2前体溶液31，滴涂至致密TiO2薄膜20表面的介孔TiO2前体溶液31在致密TiO2薄膜20旋转所产生的离心力与其(即，介孔TiO2前体溶液31)自身重力的作用下，全面流布于致密TiO2薄膜20表面，并在退火处理后由流布于致密TiO2薄膜20表面的介孔TiO2前体溶液31形成介孔TiO2薄膜30。
S3、于介孔TiO2薄膜表面旋涂ETL前体溶液，以形成PCBM薄膜。
示例性地，ETL前体溶液由10-20mg的PCBM溶液与0.2-20ml的氯苯溶剂均匀混合形成，且PCBM溶液质量浓度为1-4wt％。
具体而言，取10-20mg质量浓度为1-4wt％的PCBM溶液与0.2-20ml的氯苯溶剂均匀混合，于氮气手套箱内使用磁力搅拌器对PCBM溶液与氯苯溶剂所形成的混合溶液进行搅拌，搅拌时间为2小时以上，以形成ETL前体溶液。采用旋涂法将45-55μl的ETL前体溶液以1500rpm的转速旋涂于介孔TiO2薄膜表面，形成PCBM薄膜，并将形成的PCBM薄膜置于氮气手套箱中放置20小时。
需要说明的是，在理论情况下，参图4所示，PCBM薄膜40形成于介孔TiO2薄膜30表面；而在实际情况下，参图5所示，由于介孔TiO2薄膜30的表面孔径在2-50nm，因此在于介孔TiO2薄膜30表面旋涂ETL前体溶液时，ETL前体溶液会存在部分随孔流入并填充介孔TiO2薄膜30内部的孔隙，并于介孔TiO2薄膜30内部形成PCBM薄膜40，也即，介孔TiO2薄膜30与PCBM薄膜40于钙钛矿太阳能电池100的断面图中位于同一层。
S4、于PCBM薄膜表面覆盖第一金属掩膜，并将PbI2薄膜热蒸发沉积于覆盖有第一金属掩膜的PCBM薄膜表面，以形成蒸发PbI2薄膜，再将钙钛矿前体溶液旋涂于蒸发PbI2薄膜表面，退火处理并烘烤后形成钙钛矿薄膜。
具体地，于PCBM薄膜表面覆盖第一金属掩膜，将PbI2薄膜热蒸发沉积于覆盖有第一金属掩膜的PCBM薄膜表面，以形成厚度约为120nm的蒸发PbI2薄膜；其中，热蒸发的蒸发速率约为1.2-2.0nm/s。在形成蒸发PbI2薄膜后，于腔室内冷却10分钟后取出，并在90-150℃的温度条件下进行退火处理，退火处理的时间约为15分钟。取45-55mg的甲基碘化铵与0.5-1.5ml的IPA溶剂混合，并使用磁力搅拌棒对甲基碘化铵与IPA溶剂混合所形成的混合溶液进行搅拌，以形成钙钛矿前体溶液。采用旋涂法将25-42μl的钙钛矿前体溶液以3000rpm的转速旋涂于蒸发PbI2薄膜表面，使其均匀地覆盖，旋涂时间约为60秒，于95-105℃的温度条件下进行退火处理并烘烤后钙钛矿薄膜，烘烤时间约为8-12分钟。
需要说明的是，参图3所示，图3示出将PbI2薄膜热蒸发沉积于覆盖有第一金属掩膜的PCBM薄膜表面的示意图，其后续步骤S6中将金属靶材热蒸发沉积在覆盖有第二金属掩膜的Spiro-OMeTAD薄膜表面也可参照图3所示出的结构与方法所示。由于介孔TiO2薄膜30与PCBM薄膜40于钙钛矿太阳能电池100的断面图中位于同一层，因此在图3中仅示意出一层予以示范性说明，并可将该层定义为由介孔TiO2薄膜30与PCBM薄膜40所形成的混合层80。热蒸发沉积是把待镀膜的基片或工件置于真空室内，通过对镀膜材料加热使其蒸发气化而沉积与基体或工件表面并形成薄膜或涂层的工艺过程。在本申请中，于热蒸发设备200内，将基板10置于第二工作台2底部，自上而下于基板10表面依次形成致密TiO2薄膜20与混合层80，第二工作台2可绕其中心轴线B旋转，可沿图3所示出的方向k2旋转，也可沿与方向k2相反的方向(未标识)旋转，于PCBM薄膜(也即，混合层80)表面覆盖第一金属掩膜(未示出)，PbI2薄膜81置于位于第二工作台2底部的第三工作台3表面。以方向k2为例，在第二工作台2绕其中心轴线B沿方向k2转动时，带动置于第二工作台2且表面依次形成致密TiO2薄膜20与混合层80的基板10绕中心轴线B沿方向k2转动，同时第三工作台3对置于其表面的PbI2薄膜81加热使其蒸发气化而沉积在混合层80表面，以形成蒸发PbI2薄膜。
S5、于钙钛矿薄膜表面旋涂HTL前体溶液，以形成Spiro-OMeTAD薄膜。
具体地，取40-50mg的CsPbBr3粉末、0.5-0.9ml的氯苯、11.5-15.5μl的4-叔丁基吡啶以及5.9-8.2μl的双-(三氟甲磺酰基)-亚胺均匀混合形成HTL前体溶液。采用旋涂法将HTL前体溶液以3000rpm的转速旋涂于钙钛矿薄膜表面，旋涂时间约为25-35秒，以于钙钛矿薄膜表面形成厚度约为280nm作为P型HTL层的Spiro-OMeTAD薄膜。
S6、于Spiro-OMeTAD薄膜表面覆盖第二金属掩膜，并将金属靶材热蒸发沉积于覆盖有第二金属掩膜的Spiro-OMeTAD薄膜表面，以于Spiro-OMeTAD薄膜表面沉积电极。
具体地，于Spiro-OMeTAD薄膜表面覆盖第二金属掩膜，形成电极图案，并将金属靶材热蒸发沉积在覆盖有第二金属掩膜的Spiro-OMeTAD薄膜表面，以于Spiro-OMeTAD薄膜表面沉积电极；其中，热蒸发沉积于热蒸发设备内予以实现，热蒸发设备的真空环境约为4.8×10-6Torr，蒸发速率约为1.5-2.8nm/s，由电极所形成的电极层的厚度约为80-120nm，金属靶材选自银、铜、钨、锑、钼。
参图4所示，图4示出由上述所揭示的一种钙钛矿太阳能电池的制备方法制备于理论情况下得到的钙钛矿太阳能电池100的断面图，由图4可知，钙钛矿太阳能电池100由下而上依次形成基板10、致密TiO2薄膜20、介孔TiO2薄膜30、PCBM薄膜40、钙钛矿薄膜50、Spiro-OMeTAD薄膜60以及电极层(即，第一电极层701与第二电极层702)。
参图5所示，图5示出由上述所揭示的一种钙钛矿太阳能电池的制备方法制备于实际情况下得到的钙钛矿太阳能电池100的SEM图像，由于介孔TiO2薄膜30的表面孔径在2-50nm，因此在于介孔TiO2薄膜30表面旋涂ETL前体溶液时，ETL前体溶液会存在部分随孔流入介孔TiO2薄膜30内部，并于介孔TiO2薄膜30内部形成PCBM薄膜40，并在图5中将介孔TiO2薄膜30与PCBM薄膜40所在的一层定义为混合层80，也即，由下而上依次形成基板10、致密TiO2薄膜20、混合层80、钙钛矿薄膜50以及Spiro-OMeTAD薄膜60。由图5可知，钙钛矿薄膜50通过在介孔TiO2薄膜30表面旋涂的PCBM薄膜40形成较为平坦的表面。经退火处理后的钙钛矿薄膜50的平均厚度为250nm，且钙钛矿薄膜50与相邻的Spiro-OMeTAD薄膜60及混合层80之间界面清晰且平坦，可形成较小的电荷转移电阻，这种形式的钙钛矿薄膜50不仅可增加钙钛矿和Spiro-OMeTAD之间的接触面积，还可提高钙钛矿太阳能电池100的光电转换效率(Photon-to-electron Conversion Efficiency，PCE)。
参图6所示，图6示出钙钛矿前体溶液在100℃的温度条件下进行退火处理后得到的钙钛矿薄膜50表面形态的FE-SEM图像，由图6可知，钙钛矿前体溶液在100℃的温度条件下进行退火处理后得到的钙钛矿薄膜50成像均匀致密的堆积晶粒，且晶粒间几乎没有孔隙，从而降低了晶界能，有利于保持钙钛矿薄膜的稳定性。通过本实施例所揭示的钙钛矿太阳能电池制造方法所制备得到的钙钛矿太阳能电池性能的退化。
参图7与图8所示，图7示出FTO基板、TiO2以及PbI2在80℃(即，线型1)、100℃(即，线型2)、120℃(即，线型3)以及140℃(即，线型4)的温度条件下进行退火处理的XRD光谱图，图8示出钙钛矿薄膜50在80℃(即，线型1)、100℃(即，线型2)、120℃(即，线型3)以及140℃(即，线型4)的温度条件下进行退火处理的XRD光谱图。由图7可知，PbI2(001)面在12.6°处的强度随温度的升高而增加，这是由于晶粒尺寸明显减小与弱Ti-I-Pb键有利于界面移动碘离子的调节。由图8可知，钙钛矿薄膜在14.38°处出现主峰，这是四方晶体结构中(110)面的特征，其他峰值对应于(112)面、(211)面、(202)面、(310)面以及(224)面，由于PbI2具有四方晶面，具有强衍射峰，表示PbI2薄膜完全转化为钙钛矿薄膜。然而在80℃的温度条件下进行退火处理的样品中存在PbI2衍射峰，表明起始前体(MAI和PbI2)没有完全转化。此外，可以根据钙钛矿的(110)面和PbI2的(001)面衍射峰之间的钙钛矿与PbI2的XRD强度比，以确认转换是否完成。温度条件为100℃下进行退火处理时得到最大比值(24.15)，PbI2(001)面的峰明显较弱，说明MAI转化比较完全，钙钛矿太阳能电池的PCE更稳定。其中，MAI(Methylammonium Iodide)指钙钛矿材料里的甲基碘化胺。参图9所示，图9示出过正向扫描测量钙钛矿薄膜在80℃(即，线型1)、100℃(即，线型2)、120℃(即，线型3)以及140℃(即，线型4)的温度条件下进行退火处理制备得到的钙钛矿太阳能电池的J-V特性曲线图，由图9可知，钙钛矿太阳能电池性能的退化取决于开路状态下的电压(Voc)、短路状态下的电流密度(Jsc)以及填充因子(FF)的整体退化。当于100℃的温度条件下进行退火处理时，钙钛矿太阳能电池表现出显著提高的光伏性能，由于PbI2在100℃的温度条件下进行退火处理后制备的钙钛矿薄膜的纯度较高，因此具有更高的吸光度，进而导致更高的光电流。钙钛矿太阳能电池的PCE约为8.66％，Voc约为0.965V，Jsc约为13.6mA/cm2，FF约为0.66。
参图10所示，图10示出钙钛矿薄膜在80℃(即，线型1)、100℃(即，线型2)、120℃(即，线型3)以及140℃(即，线型4)的温度条件下进行退火处理制备得到的钙钛矿太阳能电池的EQE光谱图，由图10可知，量子效率(EQE)的积分光电流密度约为9.29mA/cm2、13.62mA/cm2、11.14mA/cm2以及8.36mA/cm2，这与图9所示出的测量值一致。
综上可知，钙钛矿薄膜50的形貌与尺寸明显取决于退火温度，高温形成大的钙钛矿晶粒，取向随机，表面薄膜形成稀疏不均匀的方形晶体。随着温度的变化可知，接近90-150℃的温度条件下进行退火处理后制备的钙钛矿薄膜致密且平坦。同时，从XRD分析中可知，12.6°处的PbI2晶面会随温度的变化而变化，而14.38°的钙钛矿晶面在100℃的温度条件下进行退火处理后表现出很强的X射线衍射强度和四方晶体。因此，可通过改变PbI2的温度获得质量较好的钙钛矿薄膜。
基于相同发明思想，参图4与图5所示，本发明还揭示了一种钙钛矿太阳能电池，采用前述一种钙钛矿太阳能电池的制备方法制备得到，钙钛矿太阳能电池包括：第一电极层701，第二电极层702，以及依次设置于第一电极层701与第二电极层702之间的致密TiO2薄膜20、介孔TiO2薄膜30、PCBM薄膜40、钙钛矿薄膜50及Spiro-OMeTAD薄膜60；其中，第一电极层701与第二电极层702可为银电极或其他导电材料，介孔TiO2薄膜30的厚度约为200nm，钙钛矿薄膜50的厚度约为250nm，第一电极层701与第二电极层702的厚度约为100nm。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：
S1、于基板表面旋涂致密TiO2前体溶液，退火处理后于基板表面形成致密TiO2薄膜；
S2、于致密TiO2薄膜表面旋涂介孔TiO2前体溶液，退火处理后于致密TiO2薄膜表面形成介孔TiO2薄膜；
S3、于介孔TiO2薄膜表面旋涂ETL前体溶液，以形成PCBM薄膜；
S4、于PCBM薄膜表面覆盖第一金属掩膜，并将PbI2薄膜热蒸发沉积于覆盖有第一金属掩膜的PCBM薄膜表面，以形成蒸发PbI2薄膜，再将钙钛矿前体溶液旋涂于蒸发PbI2薄膜表面，退火处理并烘烤后形成钙钛矿薄膜；
S5、于钙钛矿薄膜表面旋涂HTL前体溶液，以形成Spiro-OMeTAD薄膜；
S6、于Spiro-OMeTAD薄膜表面覆盖第二金属掩膜，并将金属靶材热蒸发沉积于覆盖有第二金属掩膜的Spiro-OMeTAD薄膜表面，以于Spiro-OMeTAD薄膜表面沉积电极。
2.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，在步骤S1之前，还包括：
选取一基板，通过超音波清洗技术与紫外线臭氧杀菌技术对基板进行清洗。
3.根据权利要求2所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述超音波清洗技术由超音波振动器予以实现，所述紫外线臭氧杀菌技术由紫外线臭氧灯予以实现，并具体为：
将选取的基板置于由丙酮、酒精以及IPA溶液均匀混合形成的混合溶液中，并通过超音波振动器与紫外线臭氧灯对基板进行清洗。
4.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中的介孔TiO2前体溶液由多孔TiO2前体溶液、TiO2纳米颗粒以及无水乙醇均匀混合形成，且介孔TiO2前体溶液、多孔TiO2前体溶液、TiO2纳米颗粒以及无水乙醇的重量比为1：4：1：9。
5.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中的ETL前体溶液由10-20mg的PCBM溶液与0.2-20ml的氯苯溶剂均匀混合形成，且PCBM溶液质量浓度为1-4wt％。
6.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中热蒸发的蒸发速率为1.2-2.0nm/s；
在形成蒸发PbI2薄膜之后，还包括：
对蒸发PbI2薄膜进行冷却，并在90-150℃的温度条件下进行退火处理。
7.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中的钙钛矿前体溶液由45-55mg的甲基碘化铵(MAI)与0.5-1.5ml的IPA溶剂均匀混合形成；
于90-150℃的温度条件下退火处理并烘烤后形成钙钛矿薄膜。
8.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中的HTL前体溶液由40-50mg的CsPbBr3粉末、0.5-0.9ml的氯苯、11.5-15.5μl的4-叔丁基吡啶以及5.9-50μl的双-(三氟甲磺酰基)-亚胺均匀混合形成。
9.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤S6中的热蒸发沉积通过热蒸发设备予以实现，且热蒸发设备的真空度为4.8×10-6Torr，蒸发速率为1.5-2.8nm/s，所述金属靶材选自银、铜、钨、锑、钼。
10.一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于，采用如权利要求1至权利要求9中任一项所述的制备方法制备得到，包括：
第一电极层，第二电极层，以及依次设置于第一电极层与第二电极层之间的致密TiO2薄膜、介孔TiO2薄膜、PCBM薄膜、钙钛矿薄膜及Spiro-OMeTAD薄膜。
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